JPH033050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は冷却液の沸騰気化潜熱を利用して冷却
を行なうエンジンにおける、冷却制御装置に関す
る。

（技術的背景） 冷却液をウオータジヤケツト内にて沸騰蒸発さ
せ、その気化潜熱によりエンジンの冷却を効率良
く行なうようにした沸騰冷却装置が本出願人より
提案されている（特願昭58−145467号等）。

これを第１図に基づいて説明すると、１はエン
ジン本体、２はシリンダブロツク３およびシリン
ダヘツド４にかけて形成されたウオータジヤケツ
ト、５はウオータジヤケツト２の上部に所定の蒸
発空間部を残して充填された冷却液（冷媒）であ
る。

この冷却液５は、エンジンの熱を吸収して所定
の温度に達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いな
がら蒸発する。そして、この蒸発冷却液（蒸気）
はウオータジヤケツト２の上部に接続する蒸発通
路６を介して熱交換用のコンデンサ７に導かれ
る。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却フアン（電
動フアン）８が取付けられ、その風量に応じて蒸
発冷却液は外部に放熱して冷却され、もとの液体
に凝縮された後、ロワタンク９に貯溜される。

ウオータジヤケツト２には液面センサ１０が設
置され、冷却液５の蒸発に伴い液面が下限値より
も下がると、制御装置１１によりウオータジヤケ
ツト２のもどり通路（冷媒通路）１２に介装した
供給ポンプ１３が駆動される。このポンプ１３の
駆動により、ロワタンク９内の冷却液５をウオー
タジヤケツト２へと循環するようにして閉回路の
冷却系を構成する。

また、制御装置１１は、冷却液温を検出する温
度センサ１４とエンジン回転、アクセル開度、燃
料供給量等を検出する図示しない各センサからの
信号に基づいて、前記冷却フアン８を駆動制御
し、エンジンの冷却温度を運転条件に応じて最適
値に設定する。冷却系内は閉回路となつているた
め、系内の圧力を変化させることにより、冷却液
の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負
荷時には、冷却フアン８の風量を減らしてコンデ
ンサ７での放熱、凝縮をある程度抑制し、冷却系
内の圧力を大気圧以上に高めることにより、冷却
液５の沸点を高める。これにより、エンジンの冷
却液温度を高めに維持して（冷えば120℃）、冷却
損失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷
時には、冷却フアン８の風量を増やしてコンデン
サ７での放熱、凝縮を促進すると、系内の圧力が
大気圧以下となり冷却液５の沸点が下げられ、エ
ンジンの冷却液温度を低めに保ち（例えば90℃）、
良好な冷却状態を確保する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また
蒸発に対してのコンデンサ７での放熱作用は充分
に高いことから、少量の冷却液５でエンジンを効
率良く冷却することができると共に、その冷却温
度を運転条件に応じて応答良く制御することが可
能であり、したがつて全負荷時のオーバヒートや
ノツキングを抑制しつつ部分負荷での燃費改善が
はかれるという理想的な冷却機能が得られるので
ある。

他方、このような装置では、エンジンの停止時
冷却液の温度が常温近くまで下がつた場合、それ
まで蒸発していた冷却液が液化して系内の圧力が
かなり低下し、強い負圧を生じかねない。

そのため、補助通路１５，１６および電磁弁１
７，１８を介してウオータジケツト２およびロワ
タンク９に接続する補助タンク１９が設けられ、
エンジン停止時に補助通路１５，１６を開き、低
下した系内圧力と大気圧との差圧を利用して補助
タンク１９に貯えた補填用の冷却液を吸入させ
る。

同じく負圧対策として、勾配の緩かな降坂路を
高速惰性走行するときなど、走行風によりコンデ
ンサ７が過剰に冷却され、系内圧力が大幅に低下
して冷却液温度が下がり過ぎるのを防ぐ意味で、
このようなときにも補助通路１５の電磁弁１７を
開いて、コンデンサ７に冷媒を吸引して液面レベ
ルを上げ、コンデンサ７の冷却機能を低下させ
る。

また、系内圧力の低下により外部からウオータ
ジヤケツト２に空気が入り込んだ場合、これを排
除するように、前記蒸気通路６の上部に空気通路
２１と電磁弁２２が設けられ、例えばエンジン始
動初期等に空気通路２１、補助通路１６を開くと
共に供給ポンプ１３を駆動し、補助タンク１９か
ら冷却液を強制的に送り込んで液面レベルを上げ
余分の空気を空気通路２１から補助タンク１９の
上部空気層へ押し出し、フイルタ２３を介して外
部に排出する。

そして、この状態において、エンジンの始動に
より冷却液の温度が上昇し所定の温度に達する
と、冷却液は沸騰、蒸発を開始するが、このとき
液面センサ１０，２４の検出レベルに応じて補助
通路１５を開き、その蒸発圧力よつて補填された
分の冷却液を補助タンク１９へと押し戻す。

この場合、供給ポンプ１３は液面センサ１０に
応じて駆動され、ジヤケツト２内の液面を適正レ
ベルに保つようにロワタンク９から冷却液を送
り、ロワタンク９内の液面が所定レベルになると
補助通路１５が閉じられる。

これにより、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、
系内の冷却液を適正量に復帰ならびに設定するの
である。したがつて、系内に空気が入り込むよう
なことは防止され、コンデンサ７での熱交換効率
が良好に維持される。

このようにして閉回路内での沸騰冷却により、
冷却温度を自由にコントロールして、エンジンの
運転状態に応じてそれぞれ最適な冷却を行ない、
また過渡時にもすぐれた応答性を発揮するのであ
る。ところで、通常は密閉された循環回路を構成
しているこの冷却系も、前述したように運転条件
により大気に対して解放されることがある。

例えばエンジン停止後の負圧化防止のために、
電磁弁１７，１８を開く場合、もし系内の圧力が
大気圧よりも高いと、液状冷媒とともに蒸気が補
助タンク１９に吹き出すことがある。通常の平地
走行時には大気圧はほぼ１気圧であるから、これ
に合わせて系内の圧力が１気圧となつたときに電
磁弁１７，１８を開くとして、これを１気圧下で
の冷却液の沸点温度である100℃を検出して行な
つたり、あるいは系内圧を検出するセンサにより
行なうとしても、高地走行時のように大気圧が低
下したときには、同じようにして冷媒や蒸気が噴
出することになる。

このことは惰性走行中の負圧防止動作時などに
も同様にして発生する恐れがある。

（発明の目的） 本発明はこのような問題に対し、冷却閉回路の
系内圧と大気圧との差圧を常に検出し、閉回路を
大気に対して解放もしくは遮断する条件として、
この差圧が所定の範囲にあることを判断すること
により、冷媒や冷媒蒸気が外部に噴出するのを確
実に回避するようにしたエンジンの沸騰冷却制御
装置を提供することを目的とする。

（発明の開示） 上部に所定の蒸発空間を残して液状冷媒がウオ
ータジヤケツトに充填され、この蒸発冷媒を冷却
液化するコンデンサとウオータジヤケツトとは、
液化冷媒を送り込むポンプを介して循環閉回路で
結ばれ、この循環閉回路に対して大気に解放され
た冷媒補助タンクを弁手段を介して接続する。そ
して循環閉回路の内圧と大気圧との差圧を検出す
る手段を設け、前記弁手段を介しての循環閉回路
の大気に対する解放または遮断を、この検出差圧
にもとづいて決定する差圧判断手段を設ける。

（実施例） 第２図、第３図に本発明の実施例を示すが、第
１図と同一部分に同符号を付すことにする。

ウオータジヤケツト２の上部からコンデンサ７
へ蒸気を導く蒸気通路６に、系内圧力と外気圧力
との差圧検出手段として、差圧スイツチ３０を設
ける。差圧スイツチ３０は第３図に示すように、
金属、プラスチツク等で形成したケース３１の内
部に、耐熱ゴムあるいは繊維質との複合材で形成
したダイヤフラム３２を張設し、その両面に内圧
室３３と大気室３４を画成する。

内圧室３３はオリフイス部３５をもつ接続管３
６を介して蒸気通路６に連通される。大気室３４
はフイルタ３５ａを介して大気に連通される一
方、ダイヤフラム３２には絶縁板３６ａと共に導
電プレート３７が取付けられ、この導電プレート
３７に対向して２つの電極３８ａ，３８ｂが、上
記ケース３１に絶縁体３９を介して取付けられ、
ダイヤフラム３２の変位により電極３８ａ，３８
ｂが導電プレート３７と接触する。この実施例で
は内圧室３３の圧力が大気室３４の圧力よりも所
定値だけ高くなつたときスイツチオンとなるよう
に、大気室３４にダイヤフラム３２を押圧するス
プリング４０が介装されている。

この差圧スイツチ３０の信号は制御装置１１に
入力されるのであるが、その演算回路４１により
運転条件に応じて電磁弁１７を介して閉回路の冷
却系を大気解放された補助タンク１９と連通させ
る場合に、この検出差圧が所定値、例えば冷却系
内圧が大気圧よりも低い（差圧スイツチOFF）
ときにのみ電磁弁１７の開弁を許容する差圧判断
回路４２が設けられる。

例えば、演算回路４１はエンジン停止後に冷却
系内の負圧化を防ぐために、電磁弁１７を開いて
補助タンク１９から冷媒を吸引するのであるが、
差圧判断回路４２により系内圧力が大気圧よりも
下がつた時点で始めて電磁弁１７を開くのであ
り、同様に惰性走行時の負圧化防止制御について
も、差圧判断回路４２は系内圧力が大気圧よりも
下つた時点で電磁弁１７の開弁を認める。

差圧判断回路４２は演算回路４１によつて、外
部に対して密閉された冷却系を、大気に解放ある
いは遮断するような制御が電磁弁１７の開閉にも
とづいて行なわれるときに、必ず差圧スイツチ３
０の信号にもとづいてこれをチエツクするのであ
り、系内圧力が外気圧力よりも所定値以上高いと
きは、差圧が消失するまで電磁弁１７を開弁しな
いのである。

この結果、通常は外部に対して密閉された循環
閉回路の冷却系を、補助タンク１９を介して大気
に解放する際は、系内圧力が外気圧よりも低くな
つて始めて電磁弁１７を開くので、低地走行、高
地走行のいずれについても、液状冷媒や蒸気が噴
出することがなく、冷却系をオープン制御すると
きの安全性が向上する。

第４図に制御装置として、マイクロコンピユー
タを用いて、惰性走行時などの負圧化防止制御を
行なう場合の、動作ルーチンを示す。

まず、ウオータジヤケツト内の水温（冷媒温
度）を検出して、所定値（79℃）以下ならばに、
そのときの系内圧力を判断する。もし、大気圧よ
りも低ければ（負圧）、電磁弁１７を開く。これ
により補助タンク１９から冷媒をコンデンサ７に
吸引する。系内が負圧化していないときは、電磁
弁１７は開かず、そのままとする。ウオータジヤ
ケツト２の液面レベルが所定値以下ならばポンプ
１３を駆動しレベルを上げる。再び系内圧力を判
断し、負圧のままならば元に戻り、負圧でなくな
つたときにはロワタンク９の液面レベルを判定す
る。

液面レベルが規定値以上のときはそのまま元に
戻り、以下のときは電磁弁１７を閉じて動作を終
了する。なお、系内が負圧から正圧に移行して
も、ロワタンク９の液面が高いときは、冷媒が過
剰なので、これが補助タンク１９へ押し下げられ
て適正値に戻るまで電磁弁１７を開いておくので
ある。

第５図は、同じくエンジン停止時の負圧化防止
制御の動作ルーチンを示す。

エンジンキーがOFFになつた時点で、冷却水
温を判定し、水温が75℃以下ならば電源OFFに
する。電磁弁１７は電源OFFによつて開弁する
し、このときの系内圧力は大気圧よりもかなり低
下している。

一方、水温が75℃以上のときは、電磁弁１７は
閉じたままに保持し、タイマにより冷却フアン８
を10秒間駆動して冷す。

ウオータジヤケツト２の液面レベルを判定し
て、規定値以下ならばポンプ１３を回転させる。

その後、系内圧力を判定して温度低下により負
圧化したときは、電源を切つて電磁弁１７を開く
し、負圧でないときは元に戻して同じ動作をくり
返す。

なお、エンジンキーのONのときは、通常の制
御に移行する。

このようにして、冷却系内の圧力が外気圧より
も低いことを確認した上で、冷却系を大気に解放
するのであり、この結果、電磁弁１７を開いた瞬
間に冷媒や蒸気が噴出するのを防止できる。

第６図は、エンジン始動後に液相冷媒を冷却系
内から排出する制御を示すものであるが、このと
きも系内圧力が所定値以上に上つたら、いつたん
電磁弁１７を閉じ、冷却フアン８を駆動して温度
を下げ、系内圧力が外気圧と同一付近に回復して
から、電磁弁１７を開くようにしている。

冷却系内に冷媒を補助タンク１９から吸引する
のは、エンジン停止後に系内が充分に冷えている
ときで、したがつてこの後にエンジンを始動させ
る際は、電磁弁１７を開いて余剰冷媒を補助タン
ク１９に押し戻すわけであるが、冷媒は発生蒸気
圧により順次押し出されるので、通常は系内圧力
は急激に上昇することはないが、例えば暖機が充
分に行なわれないうちにいきなり高負荷運転に移
行する場合など、冷媒の沸騰が急激に行なわれ一
時的に系内圧力が上昇することもある。

このようなときは、いつたん電磁弁１７を閉
じ、冷却フアン８を回転して温度、圧力を下げ、
それから液面レベルが規定値になるまで電磁弁１
７を開くのである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、循環閉回路を大
気に解放あるいは遮断するときに、回路内圧と大
気圧との差圧が所定の状態にあることを判断して
から行なうので、大気解放時に冷媒蒸気が外部に
噴出したりすることを、低地走行、高地走行のい
かんにかかわらず常に確実に防止することがで
き、安全性の向上がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略構成図である。第２図
は本発明の実施例を示す概略構成図、第３図は差
圧スイツチの断面図である。第４図〜第６図は本
発明の制御をマイクロコンピユータで行なう場合
の、それぞれの動作ルーチンを示すフローチヤー
トである。 １……エンジン本体、２……ウオータジヤケツ
ト、７……コンデンサ、８……冷却フアン、９…
…ロワタンク、１０……液面センサ、１１……制
御装置、１２……もどり通路、１３……供給ポン
プ、１５，１６……補助通路、１７，１８……電
磁弁、１９……補助タンク、３０……差圧スイツ
チ、３２……ダイヤフラム、３３……内圧室、３
４……大気室、３７……導電プレート、３８ａ，
３８ｂ……電極、４１……演算回路、４２……差
圧判断回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の蒸発空間を残して液状冷媒を満たした
   ウオータジヤケツトと、この蒸発冷媒を冷却液化
   するコンデンサと、これらウオータジヤケツトと
   コンデンサとを途中にポンプを介して接続した循
   環閉回路と、この循環閉回路に対して弁手段を介
   して接続する大気解放の冷媒補助タンクとを備え
   た沸騰冷却エンジンにおいて、前記循環閉回路の
   内圧と大気圧との差圧を検出する手段と、前記弁
   手段を介しての循環閉回路の大気に対する解放も
   しくは遮断をこの検出差圧にもとづいて決定する
   差圧判断手段とを備えたことを特徴とするエンジ
   ンの沸騰冷却制御装置。 ２ 差圧判断手段は、エンジン停止時、エンジン
   惰性運転時等に循環閉回路の内圧が大気圧よりも
   低下してから弁手段を開くようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジ
   ンの沸騰冷却制御装置。